典型水生化合物环境浓度促进抗生素抗性基因接合转移的机制研究

《Journal of Water Process Engineering》：Environmentally relevant concentrations of representative aquatic compounds promote the conjugative transfer of antibiotic resistance genes

　　本研究揭示了典型水生污染物（HA、Cu2+、Cu-EDTA、EPS）通过调控活性氧（ROS）生成、SOS应激响应、膜通透性、群体感应（QS）和能量代谢等多重通路，协同促进水生细菌群体中抗生素抗性基因（ARGs）高效接合转移的分子机制，为复杂水环境中ARGs传播防控提供理论依据。

　　

Highlight

实验材料

大肠杆菌（E. coli）DH5α作为供体菌株，而大肠杆菌（E. coli）ETEC作为受体菌株。供体菌株携带RP4质粒，该质粒含有氨苄青霉素（Amp）、卡那霉素（Kan）和四环素（Tet）的抗性基因。受体菌株对链霉素（Str）具有高度抗性。所有菌株均购自北京BioBW生物技术有限公司。乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-2Na，纯度>99%）和硝酸铜（Cu(NO₃)₂，纯度>99%）购自国药集团化学试剂有限公司。

水中典型物质对抗生素抗性基因（ARGs）接合转移的影响

如图1a所示，暴露于腐殖酸（HA）、Cu²⁺、Cu-EDTA和胞外聚合物（EPS）均显著促进了ARGs的接合转移频率（CTF），尽管不同处理间的增强幅度存在显著差异（p < 0.05）。转移频率的增强排名如下：Cu²⁺的增强效果最大（提高了3.25倍），其次是EPS（提高了2.80倍），然后是Cu-EDTA（提高了1.13倍）和HA（提高了0.76倍）。

鉴于接合效率通常与细菌种群密度相关，我们检测了不同污染物暴露下的细菌生长情况。如图1b所示，与对照组相比，暴露于HA、Cu²⁺、Cu-EDTA和EPS并未显著抑制细菌生长，这表明观察到的接合转移频率增加并非由细菌生长差异所驱动。

结论

本研究探讨了常见水生污染物（HA、Cu²⁺、Cu-EDTA和EPS）影响ARGs接合转移的机制。所有四种污染物均显著增强了ARGs的接合转移，其中Cu²⁺效果最强，其次是EPS、Cu-EDTA和HA。这些差异源于多种通路的协同作用，包括氧化应激、SOS响应激活、膜通透性增加、群体感应（QS）诱导、细胞接触增强以及能量代谢改变。